新教材适用2023_2024学年高中物理第3章相互作用__力4力的合成和分解第1课时合力和分力力的合成和分解课件新人教版必修第一册

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第三章　相互作用——力4．力的合成和分解第1课时　合力和分力　力的合成和分解目标体系构建1．知道合力与分力的概念，体会等效替代的思想。2．通过实验探究，得出平行四边形定则。3．会利用作图和三角函数知识求解合力或者分力。4．知道矢量相加遵从平行四边形定则，能区分矢量和标量。课前预习反馈 1．共点力几个力如果都作用在物体的_________，或者它们的作用线_______ ______，这几个力叫作共点力。2．合力与分力假设一个力单独作用的_______跟某几个力共同作用的_______相同，这个力就叫作那几个力的______，这几个力叫作那个力的______。3．合力与分力的关系合力与分力之间是一种___________的关系，合力作用的_______与分力_________________相同。同一点相交于一点 效果效果合力分力 等效替代效果共同作用的效果『微训练』　(多选)一件行李重为G，被绳OA和OB吊在空中，OA绳和OB绳的拉力分别是F1、F2，如图所示，则( )A．F1、F2的合力是GB．F1、F2的合力是FC．行李对绳OA的拉力方向与F1方向相反，大小相等D．行李受到重力G、OA绳拉力F1、OB绳拉力F2，还有F共四个力BC解析：合力与分力具有等效替代的关系。所谓等效是指力F的作用效果与其分力F1、F2共同作用产生的效果相同，F1和F2的合力的作用效果是把行李吊起来，而G的作用效果是使行李下落，另外产生的原因(即性质)也不相同，故A项错误；F1和F2的作用效果和F的作用效果相同，故B项正确；行李对绳OA的拉力与绳拉行李的力F1是相互作用力，等大反向，故C项正确；合力F是为研究问题方便而假想出来的力，实际上不存在，应与实际受力区别开来，故D项错误。1．力的合成：求_______________的过程。2．力的分解：求_______________的过程。3．平行四边形定则：在两个力合成时，以表示这两个力的有向线段为_______作平行四边形，这两个邻边之间的_________就代表合力的大小和方向，如图所示，_____表示F1与F2的合力。几个力的合力一个力的分力邻边对角线F注意：(1)力的合成是唯一的。(2)只有同一物体所受的力才可以合成。(3)不同性质的力也可以合成。(4)受力分析中分力和合力不能同时出现，切勿重复分析。4．如果没有限制，同一个力F可以分解为_______对大小、方向不同的分力。5．两个以上共点力的合力的求法：先求出任意两个力的合力，再求出这个合力与第三个力的合力，直到把___________都合成进去，最后得到的结果就是这些力的合力。无数所有的力1．矢量：既有大小又有方向，相加时遵从_________________的物理量。2．标量：只有大小，没有方向，相加时遵从___________的物理量。注意：矢量和标量的根本区别在于它们的运算法则不同，而不是有无方向。平行四边形定则算术法则『微训练』1．根据预习内容，判断下列说法正误：(1)两个力的合力一定等于这两个力的代数和。( )(2)两个力的合力一定大于其中任意一个力的大小。( )(3)两个力的合力的方向可能与两个分力的方向都不相同。( )(4)分力与合力是同时作用在物体上的。( )(5)将一个已知力进行分解，得到的分力是唯一的。( )(6)矢量与标量的本质区别是它们的运算方法不同。( )××√××√2．如图所示，吊环运动员在体操比赛过程的四个静止动作中，两侧吊绳所受拉力最小的是( )解析：两侧拉力的合力大小等于人的重力，由力的合成法则知，两侧绳的夹角越小，其吊绳所受拉力越小，故选D。D课内互动探究探究合力与分力要点提炼1．合力与分力的相关性2．合力与分力间的大小关系当两分力F1、F2大小一定时(1)两力同向时合力最大：F＝F1＋F2，方向与两力同向；(2)两力方向相反时，合力最小：F＝|F1－F2|，方向与两力中较大的力同向。(3)两力夹角为θ时，如图，合力随θ的增大而减小，合力大小的范围是：|F1－F2|≤F≤F1＋F2。典例剖析 关于合力与其两个分力的关系，正确的是( )A．合力与分力同时作用在物体上B．合力的大小随两分力夹角的增大而增大C．合力的大小一定大于任意一个分力D．合力的大小可能大于大的分力，也可能小于小的分力思路引导：解答本题时需要把握以下两点：(1)合力与分力作用效果相同，但不同时作用在物体上；(2)合力与分力遵循平行四边形定则。D解析：合力与分力是等效替代关系，它们并不是同时作用在物体上，选项A错误；根据平行四边形定则可知：两个共点力的合力的大小不一定大于小的分力，如下图甲，也不一定小于大的分力，如下图乙；合力的大小也不随夹角的增大而增大如下图丙；并且也不一定大于任意一个分力，故D正确，B、C错误。思维升华：(1)合力与分力是等效替代关系，对物体进行受力分析时，不能同时分析合力与分力。(2)合力可能大于某一分力，可能小于某一分力，也可能与某一分力大小相等。 下列关于合力和分力的说法中，正确的是( )A．合力总比任何一个分力都大B．两个力的合力至少比其中的一个分力大C．合力的方向只与两分力的夹角有关D．合力的大小介于两个分力之差的绝对值与两个分力之和之间解析：根据平行四边形定则知，合力可能比分力大，可能比分力小，还可能与分力相等，A、B错误；根据平行四边形定则知，合力的方向取决于两分力的大小和方向，C错误；合力的大小取值范围为|F1－F2|≤F≤F1＋F2，即合力的大小介于两个分力之差的绝对值与两个分力之和之间，D正确。D探究求合力的方法要点提炼1．作图法根据平行四边形定则用作图工具作出平行四边形，然后用测量工具测量出合力的大小、方向，具体操作流程如下：2．计算法可以根据平行四边形定则作出分力及合力的示意图，然后由几何知识求解对角线，即为合力。以下为求合力的几种特殊情况：(1)在力的合成中分力是实际存在的，每一个分力都有对应的施力物体，而合力没有与之对应的施力物体。(2)合力为各分力的矢量和，合力可以大于两个分力中的任何一个力，也可以小于两分力中的任何一个力，还有可能和分力大小相等。(3)在计算合力时要尽可能构造和利用直角三角形，这样更方便求解。典例剖析 (2023·山东省德州市高一上学期月考)港珠澳大桥是一座跨海大桥，连接香港大屿山、澳门半岛和广东省珠海市，全长为49.968千米，主体工程“海中桥隧”长35.578千米，其中海底隧道长约6.75千米，桥梁长约29千米。桥梁采用斜拉索式，假设斜拉桥中一对钢索与竖直方向的夹角是30°，如图乙所示，每根钢索中的拉力都是3×104牛，那么它们对塔柱形成的合力有多大？方向如何？思路引导：本题可用作图法或计算法求解。(1)作图法简单、直观，是物理学中常用的方法之一，但不够精确。(2)在应用计算法时，要画出力的合成的示意图。(3)两力夹角为特殊角(如120°、90°等)时，应用计算法求合力更简单。解析：把两根钢索的拉力看成沿钢索方向的两个分力，以它们为邻边画出一个平行四边形，其对角线就表示它们的合力。由对称性可知，合力方向一定沿塔柱竖直向下。下面用两种方法计算这个合力的大小：解法一：作图法如下图甲所示，自O点引两根有向线段OA和OB，它们跟竖直方向的夹角都为30°。取单位长度为1×104 N，则OA和OB的长度都是3个单位长度，作出平行四边形和对角线OC。量得对角线OC长为5.2个单位长度，所以合力的大小为F＝5.2×1× 104 N＝5.2×104 N。答案：5.2×104 N　方向竖直向下思维升华：(1)作图时，合力、分力要共点，实线、虚线要分清，标度要唯一且适当。(2)作图法和计算法均为矢量运算的通用方法。 已知F1不变、F2大小不变，F为它们的合力，θ为合力和分力F1之间的夹角θ。如图为F－θ图，则这两个分力的大小分别是( )A．F1＝1 N　F2＝4 NB．F1＝2 N　F2＝3 NC．F1＝3 N　F2＝2 ND．F1＝4 N　F2＝4 N解析：根据题意，由图可知，当θ＝180°时，F与F1反向，且两个力合力大小为1 N，即F2－F1＝1 N，当θ＝0°时，F与F1同向，且两个力合力大小为5 N，即F2＋F1＝5 N，解得F1＝2 N，F2＝3 N。故选B。B核心素养提升等效思想运用等效思想处理问题的一般步骤为：(1)分析新事物(需研究求解的物理问题)的本质特性和非本质特性。(2)寻找适当的替代物(熟悉的事物)，以保留新事物的本质特性，抛弃非本质特性。(3)研究替代物的特性及规律。(4)将替代物的规律迁移到新事物中去。(5)利用替代物遵循的规律、方法求解，得出结论。合力与分力的关系体现了等效思想，这是物理学中一种重要的思想方法。等效思想，亦称为等效替代法，其特征是：如果忽略细节，若两个事物在某方面的效果相同，就可以在所研究的特定问题中用其中一个事物代替另一个。第二章拓展模型竖直上抛运动的分段研究和整体研究、本章第1节重心的概念、初中涉及的等效电路均利用了等效思想。后续课程，如必修第二册运动的合成与分解等，多处涉及等效思想，这也是近年高考考查的一个重要能力，因此我们应引起重视，在平时的学习中注意积累、运用。不止高中物理课程的学习，甚至科学研究中也用到等效思想，例如爱因斯坦的广义相对论甚至就是在等效原理的基础上建立的。借助等效思想，我们可利用熟悉、简单的事物、规律认识新的、复杂事物的特性及规律，或者求解某些普通方法难以解决的物理问题，以简化实际问题。 (多选)下列事例体现等效法的有( )A．马德堡半球实验中，在每一侧用1头大象代替8匹马，同样恰好可以拉开2个半铜球B．定义加速C．从匀速竖直上升的热气球上落下的压舱物的运动，可看作竖直向上的匀速直线运动与自由落体运动的合运动D．初中物理中用磁感线描述磁场AC解析：根据题意是用一头大象代替了八匹马，效果相同，故一头大象的拉力与八匹马的拉力在作用效果上是相等的，一头大象的拉力可以等效替代八匹马的拉力，故A正确；定义加速度是比值定义法，与等效法无关，故B错误；从匀速竖直上升的热气球上落下的压舱物的运动，可看作竖直向上的匀速直线运动与自由落体运动的合运动，即是两个运动的等效，故C正确；初中物中用磁感线描述磁场，是模型法，故D错误。课堂达标检测一、合力与分力的关系1．关于两个大小不变的分力与其合力的关系，下列说法正确的是( )A．合力的大小随两力夹角增大而增大B．合力的大小不能小于分力中最小者C．合力的大小一定大于分力中最大者D．合力的大小随着夹角的减小而增大解析：合力的大小随两力夹角的增大而减小，随夹角的减小而增大，A项错误，D项正确；合力的大小可能比分力大，也可能比分力小，还有可能等于分力，B、C两项错误。D二、力的合成2．如图中三个大小相等的力F，作用于同一点O，则合力最小的是( )解析：根据矢量合成的平行四边形定则可知，C选项的合力为零，即合力最小，C正确。C3．(2023·黑龙江高一期末)有两个大小相等的共点力F1和F2，当它们间的夹角为90°时合力为F，则当它们间的夹角为120°时，合力的大小为( )B